电力系统中的谐振过电压 PPT
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《过电压保护》PPT课件
特点:过电压持续时间较长，频率低 . 会引起电压互感器损坏和阀型避雷器爆炸。 防止措施 :电压互感器组采用V/V接线
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8
3．操作过电压
操作过电压是指电力系统中由于操作或事 故，使设备运行状态发生改变,引起振荡， 从而产生过电压。
例: 切、合高压空载长线路 （空载变压器、 电容器、高压电动机）
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20
1.掌握继电保护基本要求。
2.掌握变压器（线路、高压电动机、电力电 容器）保护的配置及作用、保护原理。
3.掌握自动重合闸的作用、装置及要求。
4.掌握备用电源自动投入装置的作用、及基 本要求。
5.掌握变电站的操作电源（直流、交流）。
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21
第一节 继电保护任务及基本要求
雷电过电压
内部过电压
工频过电压和谐振过电压 称为暂时过电压
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4
三.雷电过电压
1． 形成： 雷电是带电荷的云所引起的放电现象。（一般情 况负电荷的雷云较多）
2. 雷云对地放电大多数要重复2-3次 第一次主放电电流最大，时间很短，只有 50-100μS 余 辉放电电流很小，时间较长。
3. 直接雷击过电压
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9
开关设备的灭弧能力特别强 引发截流过电 压。开断空载变压器和开断高压电动机都 有可能出现强制灭弧（截流）过电压。
在中性点不接地系统中发生单相不稳定电 弧接地时，可能产生过电压，一般把这种 过电压称为电弧接地过电压。
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10
第二节 直接雷击过电压保护
为防止直接雷击电力设备，一般采用避雷 针或避雷线。 一.单支避雷针的保护范围 例：某避雷针高20m，则该避雷针在8m的高 度的保护半径为（ ）
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8
3．操作过电压
操作过电压是指电力系统中由于操作或事 故，使设备运行状态发生改变,引起振荡， 从而产生过电压。
例: 切、合高压空载长线路 （空载变压器、 电容器、高压电动机）
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20
1.掌握继电保护基本要求。
2.掌握变压器（线路、高压电动机、电力电 容器）保护的配置及作用、保护原理。
3.掌握自动重合闸的作用、装置及要求。
4.掌握备用电源自动投入装置的作用、及基 本要求。
5.掌握变电站的操作电源（直流、交流）。
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21
第一节 继电保护任务及基本要求
雷电过电压
内部过电压
工频过电压和谐振过电压 称为暂时过电压
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4
三.雷电过电压
1． 形成： 雷电是带电荷的云所引起的放电现象。（一般情 况负电荷的雷云较多）
2. 雷云对地放电大多数要重复2-3次 第一次主放电电流最大，时间很短，只有 50-100μS 余 辉放电电流很小，时间较长。
3. 直接雷击过电压
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9
开关设备的灭弧能力特别强 引发截流过电 压。开断空载变压器和开断高压电动机都 有可能出现强制灭弧（截流）过电压。
在中性点不接地系统中发生单相不稳定电 弧接地时，可能产生过电压，一般把这种 过电压称为电弧接地过电压。
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10
第二节 直接雷击过电压保护
为防止直接雷击电力设备，一般采用避雷 针或避雷线。 一.单支避雷针的保护范围 例：某避雷针高20m，则该避雷针在8m的高 度的保护半径为（ ）
第10讲-谐振过电压
2 0
2
0
0 = ，电容电压幅值为
UC
E
2
E 1
R C
如图中 / 0
点所示
0曲线中在 0
1
不同 /0 下 UC 与 /0 的关系曲线
15
分析讨论
UC
E
1 / 0 2 2 2 /02 2
0
0 ，将 作为变量，对电容电压幅
值表达式求导 / 0
0
1
2
0
2
U CM
6
铁磁谐振（非线性谐振）
谐振回路由带铁芯的电感元件（如空载变压器、电压 互感器）与系统的电容元件组成。因为铁芯电感元件 的饱和现象，使回路的电感参数是非线性的，在满足 一定谐振条件时，会产生铁磁谐振，并有许多特有的 性质
7
参数谐振
由电感参数作周期性变化的电感元件（如凸极发电机 的同步电抗在Xd~Xq的周期性变化）与系统的电容元 件（如空载长线）组成回路，当参数配合时，通过电 感的周期变化，不断向谐振系统输送能量，将会造成 参数谐振过电压
13
分析讨论
UC
E
1 / 0 2 2 2 /02 2
=0
XC XL
0 <
UC
02 02 2
E
电容电压幅值有可能大于E，如
图中 / 0 0 曲线中在区间 1 内所示 0
不同 /0 下 UC 与 /0 的关系曲线
14
分析讨论
E
UC
1 / 0 2
2
2
/
当系统进行操作或发生故障时，电感、电容元件可形成 各种振荡回路，如某一自由振荡频率等于外加强迫频率， 发生谐振。谐振是一种周期性或准周期性的运行状态
过电压保护ppt课件
想； 间隙动作后会形成截波； 熄弧能力低
3.阀式避雷器 (1).普通型阀式避雷器
a.结构与元件的作用：
火花间隙：
作用原理：
根据火花间隙的结构，使间隙的放电时间 缩短，由于其伏秒特性曲线平缓，放电分散性 也较小，由于火花间隙由若干个小间隙组合串 联，易于切断工频续流，且不易重燃。
具有分路电阻的火花间隙：
1.保护间隙
作用原理： 当雷电侵入波要危及它所
保护的电气设备的绝缘时， 间隙首先击穿，工作母线 接地，避免了被保护设备 上的电压升高，从而保 护了设备。
6KV和10KV保护间隙，主间隙分别不小于15mm和25mm 辅助间隙不小于10mm。
优缺点：
优点： 结构简单、制造方便 缺点： 伏秒特性曲线比较陡，绝缘配合不理
优缺点
熄弧能力比保护间隙要强，但伏秒特 性较陡且放电分散性大，且会形成截波， 并受大气条件影响较大，所只用在线路 保护和变电所进线段保护
5.金属氧化物（氧化锌）避雷器
(1)、工作原理
正常运行时，在工频电压下氧化物 电阻片具有极高阻值，呈绝缘状态；当 出现过电压时，阀片呈低阻状态，泄放 电流，避雷器两端维持较低的残压，保 护电气设备不受损坏。过电压过后，立 即恢复高电阻值，继续保持绝缘。金属 氧化物避雷器不需要设置火花间隙，也 不需要进行灭弧。
第二节 直接雷击过电压
一.避雷针和避雷线
1.保护作用的原理
能使雷云电场发生突变，使雷电先导的发展沿 着避雷针的方向发展，直击于其上，雷电流通 过避雷针（线）及接地装置泄入大地而防止避 雷针（线）周围的设备受到雷击
独立避雷针
构架避雷针
消雷器
2.保护范围
(1).单支避雷针
hx
h 2
3.阀式避雷器 (1).普通型阀式避雷器
a.结构与元件的作用：
火花间隙：
作用原理：
根据火花间隙的结构，使间隙的放电时间 缩短，由于其伏秒特性曲线平缓，放电分散性 也较小，由于火花间隙由若干个小间隙组合串 联，易于切断工频续流，且不易重燃。
具有分路电阻的火花间隙：
1.保护间隙
作用原理： 当雷电侵入波要危及它所
保护的电气设备的绝缘时， 间隙首先击穿，工作母线 接地，避免了被保护设备 上的电压升高，从而保 护了设备。
6KV和10KV保护间隙，主间隙分别不小于15mm和25mm 辅助间隙不小于10mm。
优缺点：
优点： 结构简单、制造方便 缺点： 伏秒特性曲线比较陡，绝缘配合不理
优缺点
熄弧能力比保护间隙要强，但伏秒特 性较陡且放电分散性大，且会形成截波， 并受大气条件影响较大，所只用在线路 保护和变电所进线段保护
5.金属氧化物（氧化锌）避雷器
(1)、工作原理
正常运行时，在工频电压下氧化物 电阻片具有极高阻值，呈绝缘状态；当 出现过电压时，阀片呈低阻状态，泄放 电流，避雷器两端维持较低的残压，保 护电气设备不受损坏。过电压过后，立 即恢复高电阻值，继续保持绝缘。金属 氧化物避雷器不需要设置火花间隙，也 不需要进行灭弧。
第二节 直接雷击过电压
一.避雷针和避雷线
1.保护作用的原理
能使雷云电场发生突变，使雷电先导的发展沿 着避雷针的方向发展，直击于其上，雷电流通 过避雷针（线）及接地装置泄入大地而防止避 雷针（线）周围的设备受到雷击
独立避雷针
构架避雷针
消雷器
2.保护范围
(1).单支避雷针
hx
h 2
串联谐振过电压
串联谐振过电压首先讲一下什么是谐振，在含有电阻、电感和电容的交流电路中，电路两端电压与其电流一般是不同相的，若调节电路参数或电源频率使电流与电源电压同相，电路呈电阻性，称这时电路的工作状态为谐振。
谐振又分为串联谐振和并联谐振，在串联电路中发生的谐振即为串联谐振，在并联电路中发生的谐振即为并联谐振，谐振现象是正玄交流电路的一种特定现象，它在电子和通讯工程中得到广泛的应用，但是在电力系统中，发生谐振有可能破坏系统的正常工作。
接下来我们再来分别介绍一下串联谐振和并联谐振的特电路特点。
串联谐振的电路特点1.总阻抗值最小；2.电源电压一定时，电流最大；3. 电路呈电阻性，电容或电感上的电压可能高于电源电压。
并联谐振电路的特点1.电压一定时，谐振时电流最小；2.总阻抗最大；3.电路呈电阻性，支路电流可能会大于总电流。
串联谐振与并联谐振的区别1. 从负载谐振方式划分，可以为并联谐振和串联谐振两大类型，下面列出串联谐振和并联谐振的主要技术特点及其比较：串联谐振和并联谐振的差别，源于它们所用的振荡电路不同，前者是用L、R 和C串联，后者是L、R和C并联。
（1）串联谐振的负载电路对电源呈现低阻抗，要求由电压源供电。
因此，经整流和滤波的直流电源末端，必须并接大的滤波电容器。
当逆变失败时，浪涌电流大，保护困难。
并联谐振的负载电路对电源呈现高阻抗，要求由电流源供电，需在直流电源末端串接大电抗器。
但在逆变失败时，由于电流受大电抗限制，冲击不大，较易保护。
串联谐振和并联谐振区别2（2）串联谐振的输入电压恒定，输出电压为矩形波，输出电流近似正弦波，换流是在晶闸管上电流过零以后进行，因而电流总是超前电压一φ角。
并联谐振的输入电流恒定，输出电压近似正弦波，输出电流为矩形波，换流是在谐振电容器上电压过零以前进行，负载电流也总是越前于电压一φ角。
这就是说，两者都是工作在容性负载状态。
（3）串联谐振是恒压源供电，为避免逆变器的上、下桥臂晶闸管同时导通，造成电源短路，换流时，必须保证先关断，后开通。
过电压保护 PPT
第三节
雷电侵入波防护
• 具体措施： • 对于3kV~ 10kV配电装置其进线防雷保护和母 线防雷保护的接线方式： • 35kV~110kV架空线路，如果未沿全线架设避雷 线，则应在变电所1km~2km的进线段架设避雷 线，其保护角不宜超过200，最大不应超过300。 • 35kV~110kV线路如果有电缆进线段，在电缆与 架空线的连接处应装设阀型避雷器，其接地端 应与电缆的金属外皮连接。
第三节
雷电侵入波防护
四、配电变压器防雷保护 • 3kV~10kV配电变压器装设阀式避雷器保 护。 • 35kV/0.4kV配电变压器其高低压侧均应 装设阀式避雷器保护，以防止低压侧雷 电侵入波击穿高压侧绝缘。
第四节
过电压保护设备
一、保护间隙 • 是由两个金属电极构成的较简单的防雷 设备。固定在绝缘子上的电极一端和带 电部分相连，另一个电极则通过辅助间 隙与接地装置相连接，辅助间隙的作用， 主要是防止主间隙因鸟类、树枝等造成 短路时，不致引起线路接地。 • 按结构的不同分为棒型、球型、角型等。
第五章 过电压保护
第一节
过电压概述
• 过电压及其危害 • 电力系统中这种危及绝缘的电压升高称 为过电压。 • 危害：雷击会造成人员伤亡；会造成电 力线路或电气设备绝缘损坏，中断供电， 甚至引起火灾；由于操作不当引起的内 部过电压会引起电气设备绝缘击穿损坏， 造成电力系统的极大破坏。
雷电 过电压
第一节
• 四、内部过电压
过电压概述
第一节
过电压概述
• 工频过电压的特点是持续时间可能较长， 但工频过电压数值并不很大，对电力系 统的正常绝缘危险不大。但是，如果在 发生其他内部过电压的时候，又存在工 频过电压，则过电压更为严重。
电力系统中的谐振过电压
19
正文标题
在电力系统中，当发生不对称接地故障或断路器的不同期操作时，将会 出现零序电压和零序电流，通过静电和电磁耦合，会在相邻的低压平行 线路中感应出传递过电压； 当变压器的高压绕组侧出现零序电压时，会通过绕组间的杂散电容传递 至低压侧，危及低压绕组绝缘或接在低压绕组侧的电气设备。
20
正文标题
铁路供电强电线路在信号电缆的芯线上产生的纵向感应电动势，与强电线路 中的影响电流、信号电缆的金属护套屏蔽层、信号电缆的直径、信号电缆屏 蔽层的接地方式以及它们之间的距离等因素有关。
22
正文标题
当信号电缆屏蔽层不接地时，强电线路有影响电流，会通过互感抗在信 号电缆屏蔽层和线芯产生磁感应电势分别为 IP
2
3
X r1 Z1ctg(1 1 ) X r0 Z0ctg(0 0 )
X r1 2X r0 0
Z1ctg(1 1 ) 2Z0ctg(1 1 ) 0
16
正文标题
忽略导线电感，令导线的正序和零序电容分别为C1和C0，容抗为－jXC1和 －jXC0，线路首端的入口阻抗为
X r1 1 1 1
X L1 X C1
X r1 2X r0 0
X r0
1
1
1
X L0 X C0
单相开断发生谐振的条件
开断相的电压
11
1111
UA
EA 2
X rN
X r1 2
X
rN
EA
Xr0 Xr1 2Xr0 Xr1
EA
X r1 2
X r1
谐振条件
2 C0
TK
C1 2G
输电线路电容
正文标题
在电力系统中，当发生不对称接地故障或断路器的不同期操作时，将会 出现零序电压和零序电流，通过静电和电磁耦合，会在相邻的低压平行 线路中感应出传递过电压； 当变压器的高压绕组侧出现零序电压时，会通过绕组间的杂散电容传递 至低压侧，危及低压绕组绝缘或接在低压绕组侧的电气设备。
20
正文标题
铁路供电强电线路在信号电缆的芯线上产生的纵向感应电动势，与强电线路 中的影响电流、信号电缆的金属护套屏蔽层、信号电缆的直径、信号电缆屏 蔽层的接地方式以及它们之间的距离等因素有关。
22
正文标题
当信号电缆屏蔽层不接地时，强电线路有影响电流，会通过互感抗在信 号电缆屏蔽层和线芯产生磁感应电势分别为 IP
2
3
X r1 Z1ctg(1 1 ) X r0 Z0ctg(0 0 )
X r1 2X r0 0
Z1ctg(1 1 ) 2Z0ctg(1 1 ) 0
16
正文标题
忽略导线电感，令导线的正序和零序电容分别为C1和C0，容抗为－jXC1和 －jXC0，线路首端的入口阻抗为
X r1 1 1 1
X L1 X C1
X r1 2X r0 0
X r0
1
1
1
X L0 X C0
单相开断发生谐振的条件
开断相的电压
11
1111
UA
EA 2
X rN
X r1 2
X
rN
EA
Xr0 Xr1 2Xr0 Xr1
EA
X r1 2
X r1
谐振条件
2 C0
TK
C1 2G
输电线路电容
《电力系统过电压》课件
设备绝缘损坏
设备损坏
过电压可能导致设备绝缘层击穿，引 发短路或设备故障。
过高的过电压可能导致设备直接损坏 ，造成经济损失。
设备性能下降
过电压可能使设备性能参数发生变化 ，导致设备运行不稳定。
对系统的危害
系统稳定性受影响
过电压可能引起系统电压波动， 影响电力系统的稳定运行。
设备连锁跳闸
过电压可能导致连锁跳闸，影响整 个系统的供电可靠性。
案例二：某变电站操作过电压事故
总结词
操作过电压事故
案例分析
操作人员未按照规程进行操作 ，导致断路器断口电容放电， 产生过电压。
详细描述
某变电站在进行倒闸操作时， 因操作不当引发过电压事故。
解决方案
加强操作人员的培训和管理， 确保严格按照规程进行操作，
并定期检查和维护设备。
案例三：某输电线路内部过电压事故
调度管理
合理调度和管理电力系统的运行，避免因操作不当或调度失误引 起的过电压问题。
人员培训
培训计划
制定详细的培训计划，对电力系统的工作人员进行定期培训，提高 他们的技能和知识水平。
培训内容
培训内容应包括电力系统的基本知识、过电压的危害及预防措施、 应急处理等方面的知识和技能。
培训效果评估
对培训效果进行评估，及时发现并改进培训中的不足之处，确保工作 人员具备足够的技能和知识来应对过电压问题。
继电保护
02
继电保护是电力系统中的重要组成部分，当系统出现异常时，
继电保护能够迅速切断故障部分，防止过电压的扩大。
系统监控
03
通过实时监测系统的运行状态，可以及时发现和解决潜在的问
题，从而避免过电压的发生。
04
电力系统系统中谐波
输配电过程中产生的谐波
电力变压器是输配电过程中主要的谐波来源，由于变压器的设 计需要考虑经济性，其铁心的磁化曲线处于非线性的饱和状态，使 得工作时的磁化电流为尖顶型的波形，因而产生奇次谐波。较高的 变压器铁心饱和程度使得其工作点偏离了线性曲线，产生了较大的 谐波电流，其奇次谐波电流的比例可以达到变压器额定电流的0.5% 以上。
民用电力设备产生的谐波
整流晶闸管设备。由于整流晶闸管广泛应Байду номын сангаас在开关电源、机电控制、充电装置等许多 方面，给电网带来了相当多的谐波。据统计，由整流设备引起的谐波将近达到全部谐 波的40%，是谐波的一个主要来源。
变频设备。电动机、电梯、水泵、风机等机电设备中常用的变频设备，因为大部分是 相位控制，其谐波成分比较复杂，除了整数次的谐波成分外，还含有一定分数次的谐 波成分，变频设备的功率一般较大，其广泛应用对电网造成的谐波也越来越多。
谐波的产生
电网谐波主要由发电设备(电源端)、输配电设备以及电力系统 非线性负载等三个方面引起的。
电源端自身产生的谐波 输配电过程中产生的谐波 电力设备产生的谐波
电源端自身产生的谐波
发电机的三相绕组在制作上很难做到绝对对称，由于制作工艺 影响，其铁心也很难做到绝对的均匀一致，加上发电机的稳定性等 其他一些原因，会产生一些谐波，但一般来说相对较少。
有源滤波装置
有源滤波装置的应用
·
有源滤波装置
有源电力滤波器，是采用现代电力电子技术和基于高速DSP器件的 数字信号处理技术制成的新型电力谐波治理专用设备。它由指令电流运 算电路和补偿电流发生电路两个主要部分组成。指令电流运算电路实时 监视线路中的电流，并将模拟电流信号转换为数字信号，送入高速数字 信号处理器（DSP）对信号进行处理，将谐波与基波分离，并以脉宽调制 （PWM）信号形式向补偿电流发生电路送出驱动脉冲，驱动IGBT或IPM 功率模块，生成与电网谐波电流幅值相等、极性相反的补偿电流注入电 网，对谐波电流进行补偿或抵消，主动消除电力谐波。与无源滤波器相 比,APF具有高度可控性和快速响应性,能补偿各次谐波,可抑制闪变、补偿 无功,有一机多能的特点;在性价比上较为合理;滤波特性不受系统阻抗的影 响,可消除与系统阻抗发生谐振的危险;具有自适应功能,可自动跟踪补偿变 化着的谐波。
高电压技术课件 第七章 第二篇 电力系统过电压及保护
2
z2
z1 电压反射系数，1
1
z1 z2
1
以上电压波的折射反射系数也适用于线路末
端接有不同集中负载的情况。
19
当z1
z
时，
2
2z2 1
z1 z2
z2 z1 0
z1 z2
即折射电压波大于 入射电压波，反射 电压波为正。
20
当z1
z
时，
2
2z2 1
z1 z2
z2 z1 0
Z1
U1q
A
Z1
Z1
折射系数=2/3，反射系数=－1/3
相当于线路末端接一波阻抗为“两分支”并联的线 路
28
二、集中参数等值电路（彼得逊法则）
把分布参数的电路用集中参数的电路表示， 这个计算折射波的等值电路法则称为彼得逊法则 。这个电路也称为彼得逊等值电路。
u2q
2Z 2 Z1 Z2
u1q
Z2 Z1 Z2
单根无损线
u
L0 dx
i t
u
u x
dx
i
C0 dx
u t
i
i x
dx
u x
L0
i t
i x
C0
u t
9
单根无损线
采用拉氏变换求解得：
u
uq
(t
x
)
u
f
(t
x
)
i
iq
(t
x
)
i
f
(t
x
)
简化表示为
iq
(tΒιβλιοθήκη x) v1 zuq
(t
x) v
u uq u f i iq i f uq ziq u f zi f
第9章 电力系统内部过电压
第九章 电力系统内部过电压
高电压技术
实际上，回路存在电阻与能量损耗，振荡将 是衰减的，通常以衰减系数 来表示。当为工频 交流电源时，有：
uc Em (cos t e cos 0t )
其波形见图9-5（b）
t
第九章 电力系统内部过电压
高电压技术
以上是正常合闸的情况，空载线路上没有
第九章 电力系统内部过电压
Байду номын сангаас 高电压技术
目前限制切空载变压器过电压的主要措施
是采用避雷器。切空载变压器过电压幅值虽较 高，但持续时间短，能量不大，用于限制雷电 过电压的避雷器，其通流容量完全能满足限制 切空载变压器过电压的要求。避雷器应接在断 路器的变压器侧，保证断路器开断后，避雷器 仍留在变压器连线上。此避雷器在非雷雨季节
设定断路器开断过程中的重燃和熄弧时刻，
以导致形成最大过电压为条件进行分析。
图9-2
切除空载线路过电压的形成过程
第九章 电力系统内部过电压
高电压技术
二、影响因素和限制措施 首先，断路器触头重燃及电弧熄灭有明显 随机性。 其次，电力系统中性点接地方式对切空载
线路过电压也有较大影响 。
另外，当母线上有其他出线时，相当于加
均分配在三相对地电容中，形成电压的直流分量q/（3C0）=-1。 于是熄弧后，导线对地电压由各相电源电压叠加直流电压而成。 B、C相电源电压为-0.5，叠加后为-1.5，A相电源电压为1，叠加 后为零。因而，熄弧前后各相对地电压不变，不会引起过渡过程。
图9-10
单相接地电路图及相量图
第九章 电力系统内部过电压
时燃时灭时，这种间歇性电弧接地使系统工作状态时
刻在变化，导致电感电容元件之间的电磁振荡，形成
高电压技术
实际上，回路存在电阻与能量损耗，振荡将 是衰减的，通常以衰减系数 来表示。当为工频 交流电源时，有：
uc Em (cos t e cos 0t )
其波形见图9-5（b）
t
第九章 电力系统内部过电压
高电压技术
以上是正常合闸的情况，空载线路上没有
第九章 电力系统内部过电压
Байду номын сангаас 高电压技术
目前限制切空载变压器过电压的主要措施
是采用避雷器。切空载变压器过电压幅值虽较 高，但持续时间短，能量不大，用于限制雷电 过电压的避雷器，其通流容量完全能满足限制 切空载变压器过电压的要求。避雷器应接在断 路器的变压器侧，保证断路器开断后，避雷器 仍留在变压器连线上。此避雷器在非雷雨季节
设定断路器开断过程中的重燃和熄弧时刻，
以导致形成最大过电压为条件进行分析。
图9-2
切除空载线路过电压的形成过程
第九章 电力系统内部过电压
高电压技术
二、影响因素和限制措施 首先，断路器触头重燃及电弧熄灭有明显 随机性。 其次，电力系统中性点接地方式对切空载
线路过电压也有较大影响 。
另外，当母线上有其他出线时，相当于加
均分配在三相对地电容中，形成电压的直流分量q/（3C0）=-1。 于是熄弧后，导线对地电压由各相电源电压叠加直流电压而成。 B、C相电源电压为-0.5，叠加后为-1.5，A相电源电压为1，叠加 后为零。因而，熄弧前后各相对地电压不变，不会引起过渡过程。
图9-10
单相接地电路图及相量图
第九章 电力系统内部过电压
时燃时灭时，这种间歇性电弧接地使系统工作状态时
刻在变化，导致电感电容元件之间的电磁振荡，形成
高电压技术：第六章 电力系统内部过电压
• 消弧线圈及其对电弧接地过电压的限制作用（2）
.
I
jd
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.
ICIL
( 1
L
.
3C)U xg
补偿度 脱谐度 欠补偿 全补偿 过补偿
k= IL / IC γ=1-k IL < IC IL = IC IL > IC
ωL > 1/3ωC K<1, γ>0
ωL = 1/3ωC K=1, γ=0
ωL < 1/3ωC K>1, γ<0
6.2 谐振过电压
• 因此，基波铁磁谐振过电压必要条件
•
L0
1
C
铁磁谐振过电压“稳定工作点”分析
铁磁谐振过电压特点及限制措施
❖改善电磁式电压互感器的激磁特性或改用电容式电 压互感器
❖ 采用阻尼电阻
❖ 增大对地电容，从参数配合上避开谐振
❖ 采用消弧线圈
小结
➢ 谐振过电压可分为如下三种形式：
线性谐振过电压、参数谐振过电压和铁磁谐振。
合闸过电压在超高压系统的绝缘配合中，上升为主 要矛盾，成为选择超高压系统绝缘水平的决定性因 素。
6.1 电力系统操作过电压 • 1、计划性合闸过电
压
Umax ＝ U稳态 ＋（U稳态－U起始）＝ 2 U稳态－U起始 空载线路 U起始＝0；
Umax ＝ 2 U稳态＝2Em
6.1 电力系统操作过电压
ω0振荡回路的自振角频率 A、B—积分常数 实际上，回路存在电阻与能量损耗，振荡将是衰减的，通常以 衰减系数δ来表示。
元件。当系统操作或故障使其工作状态发生变
化时，将产生电磁能量振荡的过渡过程。在设
备上将会产生数倍于电源电压的过渡过程过电
谐振过电压
1、铁磁谐振 L是一只带铁心的非线性电感，电感值是一个变数， 因而回路也就没有固定的自振频率，同一回路中，既 可能产生振荡频率等于电源频率的基频谐振，也可以 产生高次谐波和分次谐波谐振，具有各种谐波谐振的 可能性是铁磁谐振的一个重要特点。
2、物理过程
1 L C 是产生铁磁谐 振的必要条件 可能存在两个稳定工 作点a1和a3 平衡方程为:E=ΔU=|ULUC| ΔU与E线共有3个交点, 加小扰动后，a2不能回 到平衡点,不是稳定的工 作点
串联铁磁谐振回路的伏安特性
铁磁元件的非线性是产生铁磁谐振的根本原因， 但其饱和特性本身又限制了过电压的幅值。 回路中的损耗会使过电压降低，当回路电阻值大到 一定数值时，就不会出现强烈的的谐振现象。
小 结
谐振过电压可分为如下三种形式：线性谐振过电 压、参数谐振过电压和铁磁谐振。
具有各种谐波谐振的可能性是铁磁谐振的一个重 要特点。
限制措施:
使回路脱离谐振状态或增加回路的损耗
电力系统设计和运行时,应设法避开谐振 条件以消除这种过电压
（2）参数谐振过电压
产生原因：
系统中某些元件的电感会发生周期性变化,如 发电机转动时,其电感的大小随着转子位置的不同 而周期性地变化,当发电机带有电容性负载时（例 如一段空载线路），如再存在不利的参数配合， 就有可能引发参数谐振现象
限制措施：
发电机在正式投入运行前，应当避开谐振点， 一般不会出现谐振现象
（3）铁磁谐振过电压
当电感元件带有铁心时，一般会出现饱和现 象，此时电感随着电流或磁通的变化而改变，在 满足一定条件时，就会产生铁磁谐振现象，它具 有一系列不同于其他谐振过电压的特点，可在电 力系统中引发某些严重事故。
5.2.2 铁磁谐振的基本原理
2、物理过程
1 L C 是产生铁磁谐 振的必要条件 可能存在两个稳定工 作点a1和a3 平衡方程为:E=ΔU=|ULUC| ΔU与E线共有3个交点, 加小扰动后，a2不能回 到平衡点,不是稳定的工 作点
串联铁磁谐振回路的伏安特性
铁磁元件的非线性是产生铁磁谐振的根本原因， 但其饱和特性本身又限制了过电压的幅值。 回路中的损耗会使过电压降低，当回路电阻值大到 一定数值时，就不会出现强烈的的谐振现象。
小 结
谐振过电压可分为如下三种形式：线性谐振过电 压、参数谐振过电压和铁磁谐振。
具有各种谐波谐振的可能性是铁磁谐振的一个重 要特点。
限制措施:
使回路脱离谐振状态或增加回路的损耗
电力系统设计和运行时,应设法避开谐振 条件以消除这种过电压
（2）参数谐振过电压
产生原因：
系统中某些元件的电感会发生周期性变化,如 发电机转动时,其电感的大小随着转子位置的不同 而周期性地变化,当发电机带有电容性负载时（例 如一段空载线路），如再存在不利的参数配合， 就有可能引发参数谐振现象
限制措施：
发电机在正式投入运行前，应当避开谐振点， 一般不会出现谐振现象
（3）铁磁谐振过电压
当电感元件带有铁心时，一般会出现饱和现 象，此时电感随着电流或磁通的变化而改变，在 满足一定条件时，就会产生铁磁谐振现象，它具 有一系列不同于其他谐振过电压的特点，可在电 力系统中引发某些严重事故。
5.2.2 铁磁谐振的基本原理
11.2 线性谐振过电压
11-2 线性谐振过电压
• DL/T620-1997中的定义：
• 谐振过电压包括线性谐振和非线性 (铁磁)谐振过电压，一般因操作或 故障引起系统元件参数出现不利组 合而产生。
1.概述：
• 电力系统存在大量电容、电感元件；
• 变压器、互感器、发电机、导线对地电容、 相间电容、串联电容、并联电容等；
• 系统操作或发生故障时，电感、电 容元件与系统电源形成谐振回路， 发生谐振现象；
• 谐振将引起持续较长时间的过电压
和过电流，对设备造成危害；
• 经验表明，配电系统中，几乎所有 的内部过电压事故都是由谐振现象 引起的。
举例：
E1
C
QF
E2
谐振现象一般发生在空载和轻 载情况下。 E L
1
L
C
L
T
串联谐振现象：
R
jL
I
URபைடு நூலகம்
UL
U
UC
1 j C
结论：
• 谐振频率： • 品质因数： • 电感电压：
0
1 LC
1 Q R CR
L
U L jQ U U L jQ U
U I R
• 电容电压 • 回路电流：
电力系统谐振过电压类型：
1）线性谐振
电力系统线性元件引起的谐振。
2）参数谐振
同步发电机周期性电抗与电容引起。
的谐振。
3）铁磁谐振
含铁芯电感与系统电容引起的谐振。
• DL/T620-1997中的定义：
• 谐振过电压包括线性谐振和非线性 (铁磁)谐振过电压，一般因操作或 故障引起系统元件参数出现不利组 合而产生。
1.概述：
• 电力系统存在大量电容、电感元件；
• 变压器、互感器、发电机、导线对地电容、 相间电容、串联电容、并联电容等；
• 系统操作或发生故障时，电感、电 容元件与系统电源形成谐振回路， 发生谐振现象；
• 谐振将引起持续较长时间的过电压
和过电流，对设备造成危害；
• 经验表明，配电系统中，几乎所有 的内部过电压事故都是由谐振现象 引起的。
举例：
E1
C
QF
E2
谐振现象一般发生在空载和轻 载情况下。 E L
1
L
C
L
T
串联谐振现象：
R
jL
I
URபைடு நூலகம்
UL
U
UC
1 j C
结论：
• 谐振频率： • 品质因数： • 电感电压：
0
1 LC
1 Q R CR
L
U L jQ U U L jQ U
U I R
• 电容电压 • 回路电流：
电力系统谐振过电压类型：
1）线性谐振
电力系统线性元件引起的谐振。
2）参数谐振
同步发电机周期性电抗与电容引起。
的谐振。
3）铁磁谐振
含铁芯电感与系统电容引起的谐振。
电力系统中的工频过电压
操作过电压即电磁 暂态过程中的过电 压；一般持续时间 在 0.ls（五个工频 周波）以内的过电 压称为操作过电压。
由于引起内部过电压的电磁能量来自电力系统内部，其幅 值与额定电压成正比，工程上内部过电压的大小用内部过 电压倍数kn表示
过电压幅值 kn 最高运行相电压幅值
2 3 Ue最高运Βιβλιοθήκη 相电压幅值＝ (1.1 1.15)
高电压工程基础 利用静止补偿器补偿限制工频过电压
可控硅开关投 切电容器组
可控硅相角控 制的电抗器组
SVC具有时间响应快、维护简单、可靠性高等优点。当 系统由于某种原因发生工频电压升高时，TSC断开，TCR导 通，吸收无功功率，从而降低工频过电压。根据需要，可改 变TCR，TSC的导通相角，达到调节系统无功功率，控制系 统电压，提高系统稳定性的目的。
其次，从机械过程来看，发电机突然甩掉一部分有功负 荷，而原动机的调速器有一定惯性，在短时间内输入给原动 机的功率来不及减少，主轴上有多余功率，这将使发电机转 速增加。转速增加时，电源频率上升，不但发电机的电势随 转速的增加而增加，而且加剧了线路的电容效应。
高电压工程基础
工频电压升高的限制措施
ZR jZctg( ' l )
U cos K12 2 U1 cos( ' l )
U1 ZR Zctg( ' l ) K01 Z jX E X S Zctg( ' l ) R S
K 02 K 01 K12 cos cos cos( ' l )
并联电抗器的均压作用
E jX S I1 U1
线路末端接有并联电抗器时，线路末端电压U2将随电 抗器的容量增大（XL减小）而下降。这是因为并联电 抗器的电感能补偿线路的对地电容，减小流经线路的 电容电流，削弱了电容效应。 空载线路末端接并联电抗器后，沿线电压分布
铁磁谐振过电压
子情境3.3电力系统过电压与绝缘配合
(2)当电源容量为有限值时，XS 的存在电 容效应，就像增加了导线长度一样。 容量越小，工频电压升高得越严重。
因此为了估计最严重的工频 电压升高，应以系统最小电
源容量为依据。
子情境3.3电力系统过电压与绝缘配合
二、不对称短路引起的工频电压升高
• 当A相接地时，可求得B、C两健全相 上的电压为
闸和自动重合闸。
子情境3.3电力系统过电压与绝缘配合
一、计划性合闸引起的过电压
A QF B L
在计划性合闸之前，
i
线路上一般不存在
e(t)
C T u 残余电荷，初始电压
为零，在合闸初瞬间
的暂态过程中，电源
图39-－5 5 空载线路合 电压通过等值电感 闸时的等值电路 对空载线路的等值电容
充电，回路中将发生高频振荡过程。
子情境3.3电力系统过电压与绝缘配合
由以上分析可知，按工频熄弧理 论分析得到的非故障相的过电压 倍数为3.5，故障相的最大过电 压倍数为2倍，过电压的波形具 有同一极性，且故障相不会产生 振荡过程。
子情境3.3电力系统过电压与绝缘配合
二、影响电弧接地过电压的因素
1．电弧燃烧与熄灭的随机性 2．输电线路的相间电容及回路损耗 3．中性点的接地方式
子情境3.3电力系统过电压与绝缘配合
e(t) Em cost
i(t) Em cos(t 90 )
XC XL
u(t)
CT
e(t )
子情境3.3电力系统过电压与绝缘配合 图3-2
子情境3.3电力系统过电压与绝缘配合
t t1 uAB
t t2
t1
u AB 2Em
，
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电力系统中的谐振过电压
主要内容
线性谐振的条件 消弧线圈补偿网络中的谐振 超高压补偿线路中不对称操作引起的谐振 传递过电压 非线性（铁磁）谐振的特点 断线引起的铁磁谐振过电压 电磁式电压互感器饱和引起的铁磁谐振过电压 参数谐振过电压
电力系统谐振现象
电力系统包含有许多电感和电容元件 L：发电机、变压器、互感器、电抗器、消弧线圈等; C：线路对地电容、导线间电容、补偿用的并、串联电容、 高压设备的杂散电容、均压电容等。
路，由于电抗器的线性度很高，这种电感、电容效
应将会产生较高的工频过电压，使得故障开断相的
大家应该也有点累了，稍作休息
大家有疑问的，可以询问和交流
系统运行经验表明，当10kV线路的Ijd不超过30A（即：架 空（线即路：长架度空不线超 路过长度100不0k超m过）1和003k5mk）V线时路，的接I地jd不电超弧过一1般0A能
够自熄，这可避免单相电弧接地故障跳闸，这是中性点不
接地电网的优点。但当超过上述允许值时，接地电弧往往
不能自熄，并将产生间歇性电弧接地过电压。
在变压器中性点上接消弧线圈L。当系统中性点接有消弧 线圈时，单相接地时流过消弧
流过故障点的电流 Ic
IC Ijd IL
消弧线圈的补偿可由脱谐度Vc
CIIC jdIjd I jdIL132 1 C 0L1( 0)2
0
当系统进行操作或发生故障时，这些电感、电容元件形成各 种振荡回路，在一定条件下，可以产生串联谐振现象，导致 系统中某部分或某元件上出现严重的谐振过电压。
谐振过电压持续时间比操作过电压长得多，甚至可稳定存在， 直到破坏谐振条件为止。但在某些情况，谐振发生一段时间 后会自动消失，不能自保持。
谐振过电压的危害性既决定于其幅值大小，也决定于持续时 间长短。谐振过电压将危及电气设备绝缘，也可能因谐振持 续的过电流烧毁小容量电感元件设备(如电压互感器)。
参数的原动机，不需单独电源，一般 只要有一定剩磁或电容的残余电荷， 参数处在一定范围内，就可以使谐振 得到发展。电感的饱和会使回路自动 偏离谐振条件，使过电压得以限制。
电路中的电感元件因带有铁芯，会产生饱和现象，这种含有非 线性电感元件的电路，在满足一定条件时，会发生铁磁谐振。 电力系统中发生铁磁谐振的机会是相当多的。国内外运行经验 表明，它是电力系统某些严重事故的直接原因。
谐振的类型
电感元件是线性的；完全满足线性谐 振的机会极少，但是，即使在接近谐 振条件下，也会产生很高的过电压。
线性谐振条件是等值回路中的自振频 率等于或接近电源频率。其过电压幅 值只受回路中损耗（电阻）的限制。
谐振
线性谐振 参数谐振 铁磁谐振
电感参数在某种情况下发生周期性的 变化 ；参数谐振所需能量来源于改变
C0
C1
C2 3
C3
消弧线圈调谐至使脱谐度Vc=0时 ， L 1 3 C 0
系统将发生谐振现象。
我国电力行业规程规定，中性点经消弧线圈接地系统 应采用过补偿方式，其脱谐度不超过10%，同时还要 求中性点位移电压一般不超过相电压的15%。
现实际系统中使用的消弧线圈一般采用随调式消弧线 圈，即系统正常运行时，将消弧线圈的脱谐度调大， 使其不放大系统的位移电压，而当系统发生单相接地 故障时，自动调小脱谐度使其发挥补偿作用。但对这 种调谐方式，要求消弧线圈应有尽快的响应时间，系 统故障时能快速发挥补偿作用。
8.1 线性谐振的条件
et 2Esi nt
I
E
R2 (L 1 )2
C
UL IL
E
R2
L
1 0 22
E
20 0 1 0 22
UC IC
E
Rc2 1 0 22
E
20 0 2 1 0 22
回路的阻尼率 R 2L
回路的自振角频率 0 1
LC
L 1 C
0
1 EL
UL UC ICR C
消弧线圈的功能有：补偿系统单相接地电容电流、延 缓恢复电压的上升速度促使电弧自熄。
从减小残流、熄灭接地电弧来说，消弧线圈的脱谐度 越小越好。
实际系统中消弧线圈又不宜运行在全补偿状态，因为 系统正常运行时，电网三相对地电容不对称，可能在 系统中性点上出现较大的位移电压。当系统接入消弧 线圈后，恰好形成零序谐振回路，在系统位移电压的 作用下将发生线性谐振现象。
Y 1 ( U & A U & N ) Y 2 ( U & B U & N ) Y 3 ( U & C U & N ) Y L U & N 0
U & NY1U Y& 1AYY22 U & Y B3YY3U L& C
Y1 jC1 Y3 jC3
Y2 jC2
YL
j
1 L
U & N jj(( C C 1 U 1 & A C 2 C 2 U C & 3 B ) C j3 U & 1 L C ) j(C 1 U j& A 3 C C 0 2 U & jB 1 L C 3 U & C )
1 3C0L
1C
利用消弧线圈灭弧后，故障相恢复电压的自由振荡的 角频率与系统电源的角频率相接近，恢复电压将以拍 频的规律缓慢上升，从而可以保证电弧不再发生重燃 和最终趋于熄灭，使系统恢复正常运行。
系统装设消弧线圈后，熄弧后故障点的恢复电压为
u h (t) U A (c o st e tc o s0 t)
8.3 超高压补偿线路中不对称操作引起的谐振
在超高压电网中，为抑制空载长线路的重合闸过电 压，一般采用单相自动重合闸，即电网中单相断路
器操作是一种正常的不对称操作，而且超高压电网
并联电抗器的补偿度TK通常在60%以上。
TK
QL QC
系统发生不对称操作情况时，会使健全相对断开相 的相间电容与断开相的对地电抗器形成串联谐振回
UC
E 1(
)2
0
UL UCE
UC UL E
UC
(
E )2
1
0
8.2 消弧线圈补偿网络中的谐振
在中性点不接地的配电网中, 消弧线圈的主要作用是补 偿系统单相接地故障的短路电流。
I&jd I&2 I&3
Ijd I 2 cos300 I3 cos300 2I2 cos300
23 U xg C 0cos3003C 0 U xg
主要内容
线性谐振的条件 消弧线圈补偿网络中的谐振 超高压补偿线路中不对称操作引起的谐振 传递过电压 非线性（铁磁）谐振的特点 断线引起的铁磁谐振过电压 电磁式电压互感器饱和引起的铁磁谐振过电压 参数谐振过电压
电力系统谐振现象
电力系统包含有许多电感和电容元件 L：发电机、变压器、互感器、电抗器、消弧线圈等; C：线路对地电容、导线间电容、补偿用的并、串联电容、 高压设备的杂散电容、均压电容等。
路，由于电抗器的线性度很高，这种电感、电容效
应将会产生较高的工频过电压，使得故障开断相的
大家应该也有点累了，稍作休息
大家有疑问的，可以询问和交流
系统运行经验表明，当10kV线路的Ijd不超过30A（即：架 空（线即路：长架度空不线超 路过长度100不0k超m过）1和003k5mk）V线时路，的接I地jd不电超弧过一1般0A能
够自熄，这可避免单相电弧接地故障跳闸，这是中性点不
接地电网的优点。但当超过上述允许值时，接地电弧往往
不能自熄，并将产生间歇性电弧接地过电压。
在变压器中性点上接消弧线圈L。当系统中性点接有消弧 线圈时，单相接地时流过消弧
流过故障点的电流 Ic
IC Ijd IL
消弧线圈的补偿可由脱谐度Vc
CIIC jdIjd I jdIL132 1 C 0L1( 0)2
0
当系统进行操作或发生故障时，这些电感、电容元件形成各 种振荡回路，在一定条件下，可以产生串联谐振现象，导致 系统中某部分或某元件上出现严重的谐振过电压。
谐振过电压持续时间比操作过电压长得多，甚至可稳定存在， 直到破坏谐振条件为止。但在某些情况，谐振发生一段时间 后会自动消失，不能自保持。
谐振过电压的危害性既决定于其幅值大小，也决定于持续时 间长短。谐振过电压将危及电气设备绝缘，也可能因谐振持 续的过电流烧毁小容量电感元件设备(如电压互感器)。
参数的原动机，不需单独电源，一般 只要有一定剩磁或电容的残余电荷， 参数处在一定范围内，就可以使谐振 得到发展。电感的饱和会使回路自动 偏离谐振条件，使过电压得以限制。
电路中的电感元件因带有铁芯，会产生饱和现象，这种含有非 线性电感元件的电路，在满足一定条件时，会发生铁磁谐振。 电力系统中发生铁磁谐振的机会是相当多的。国内外运行经验 表明，它是电力系统某些严重事故的直接原因。
谐振的类型
电感元件是线性的；完全满足线性谐 振的机会极少，但是，即使在接近谐 振条件下，也会产生很高的过电压。
线性谐振条件是等值回路中的自振频 率等于或接近电源频率。其过电压幅 值只受回路中损耗（电阻）的限制。
谐振
线性谐振 参数谐振 铁磁谐振
电感参数在某种情况下发生周期性的 变化 ；参数谐振所需能量来源于改变
C0
C1
C2 3
C3
消弧线圈调谐至使脱谐度Vc=0时 ， L 1 3 C 0
系统将发生谐振现象。
我国电力行业规程规定，中性点经消弧线圈接地系统 应采用过补偿方式，其脱谐度不超过10%，同时还要 求中性点位移电压一般不超过相电压的15%。
现实际系统中使用的消弧线圈一般采用随调式消弧线 圈，即系统正常运行时，将消弧线圈的脱谐度调大， 使其不放大系统的位移电压，而当系统发生单相接地 故障时，自动调小脱谐度使其发挥补偿作用。但对这 种调谐方式，要求消弧线圈应有尽快的响应时间，系 统故障时能快速发挥补偿作用。
8.1 线性谐振的条件
et 2Esi nt
I
E
R2 (L 1 )2
C
UL IL
E
R2
L
1 0 22
E
20 0 1 0 22
UC IC
E
Rc2 1 0 22
E
20 0 2 1 0 22
回路的阻尼率 R 2L
回路的自振角频率 0 1
LC
L 1 C
0
1 EL
UL UC ICR C
消弧线圈的功能有：补偿系统单相接地电容电流、延 缓恢复电压的上升速度促使电弧自熄。
从减小残流、熄灭接地电弧来说，消弧线圈的脱谐度 越小越好。
实际系统中消弧线圈又不宜运行在全补偿状态，因为 系统正常运行时，电网三相对地电容不对称，可能在 系统中性点上出现较大的位移电压。当系统接入消弧 线圈后，恰好形成零序谐振回路，在系统位移电压的 作用下将发生线性谐振现象。
Y 1 ( U & A U & N ) Y 2 ( U & B U & N ) Y 3 ( U & C U & N ) Y L U & N 0
U & NY1U Y& 1AYY22 U & Y B3YY3U L& C
Y1 jC1 Y3 jC3
Y2 jC2
YL
j
1 L
U & N jj(( C C 1 U 1 & A C 2 C 2 U C & 3 B ) C j3 U & 1 L C ) j(C 1 U j& A 3 C C 0 2 U & jB 1 L C 3 U & C )
1 3C0L
1C
利用消弧线圈灭弧后，故障相恢复电压的自由振荡的 角频率与系统电源的角频率相接近，恢复电压将以拍 频的规律缓慢上升，从而可以保证电弧不再发生重燃 和最终趋于熄灭，使系统恢复正常运行。
系统装设消弧线圈后，熄弧后故障点的恢复电压为
u h (t) U A (c o st e tc o s0 t)
8.3 超高压补偿线路中不对称操作引起的谐振
在超高压电网中，为抑制空载长线路的重合闸过电 压，一般采用单相自动重合闸，即电网中单相断路
器操作是一种正常的不对称操作，而且超高压电网
并联电抗器的补偿度TK通常在60%以上。
TK
QL QC
系统发生不对称操作情况时，会使健全相对断开相 的相间电容与断开相的对地电抗器形成串联谐振回
UC
E 1(
)2
0
UL UCE
UC UL E
UC
(
E )2
1
0
8.2 消弧线圈补偿网络中的谐振
在中性点不接地的配电网中, 消弧线圈的主要作用是补 偿系统单相接地故障的短路电流。
I&jd I&2 I&3
Ijd I 2 cos300 I3 cos300 2I2 cos300
23 U xg C 0cos3003C 0 U xg